无线传感器网络与物联网67

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无线传感器网络与物联网67
二、 WSN的技术热点
1. 无线传感器网络的技术热点。
➢ 路由技术 • 以数据为中心的路由协议，如SPIN、Rumor Routing等路由算法。 • 分层路由协议，如LEACH、TEEN等路由算法。 • 基于节点位置的路由协议，如MECN、GAF等路由算法 • 基于QoS的路由协议，考虑数据传输的时延、可靠性等QoS指标，
• 网络级(network level)节能：延长网络寿命而采用的能量均匀消耗措施 。
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二、 WSN的技术热点
1. 无线传感器网络的技术热点。
➢ 鲁棒性
• WSN鲁棒性的特点：
• 应用必须自适应于节点故障和信道质量的波动
• WSN鲁棒性的分类：
• 应对节点故障的鲁棒性，如多径路由算法、单径路由修复算法 • 应对无线信道波动的鲁棒性，建立适合于WSN的传输层协议算法，如
• 2004年中国国家自然科学基金委员会将无线传感器网络列为重点 研究项目
• 2005年我国开始传感网标准化研究工作《国家中长期科学和技术 发展规划纲要(2006-2020)》在支持的重点领域及其优先主题“ 信息产业及现代服务业”中列入了“传感器网络及智能信息处理 ”, 并在前沿技术中重点支持“ 自组织传感器网络技术”
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EYES研究计划的体系结构
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 欧洲2002年启动的EYES研究计划
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ WSN的标准化工作
Fra Baidu bibliotek
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• 节点分为信标节点和位置未知节点 • 信标节点可以根据GPS技术或者其他方式获知自己的位置，其他节点通常
会采用传统的三边测量法、三角测量法或极大似然估计法确定自己的位 置。
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二、 WSN的技术热点
1. 无线传感器网络的技术热点。
➢ 节能技术
• WSN节能的特点：
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 2002年Berkeley大学启动了NEST计划
• 目的：开发出Network Embedded Systems Technology(NEST) 开 放式的软、硬件实验平台，以加速发展面向应用多样化的算法、 服务和体系构架
(2004,VOL.22,NO.6,2005,VOL.23,NO.4，006,VOL.24,NO.2 ) • Proceedings of The IEEE (2003,Vol.91,N0.8) • IEEE Wireless Communications(December 2004) • IEEE Signal Processing Magazine (2006,VOL.23,NO.4 )。。。
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WSN的逻辑分层结构
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二、 WSN的技术热点
1. 无线传感器网络的技术热点。
➢ 网络拓扑控制技术。 • 研究的内容：是满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控
制和节点选择，生成高效的数据转发的网络拓扑结构。 • 目的：网络拓扑控制能够提高路由协议和MAC协议的效率，有利于
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2020/11/16
无线传感器网络与物联网67
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主要内容
一、无线传感器网络WSN概述 二、WSN的技术热点
三、特殊的传感网：RFID
四、物联网IOT
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 随着微电子和微系统(MEMS)、无线通信、信号处理这三个技术领 域近年来的飞速发展，一个新的研究领域成为国外关注的热点， 这就是基于大量具有通信功能的微型无线传感器构造的无线传感 器网络WSN(Wireless Sensor Networks)。
➢ 美国国防研究机构DARPA意识到传感器网络的巨大应用价值 Computing
• 10年前启动了一个分布式传感器网络计划DSN（Distributed Sensor Networks program）
•
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2001年又启动一个传感器信息技术计划SensIT（Sensor
Information Technology program）
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二、 WSN的技术热点
1. 无线传感器网络的技术热点。
➢ 问题节点的探测和隔离技术。 • 对传感器网络中问题节点（包括已经失效和性能降低）的探测及
其隔离，研究安全路由策略，规避问题节点，如SEAD、SPINS、 SNEP、SAR、改进AODV等；
• 也有人研究路由空洞问题（路由空洞节点指那些所有的邻居节点 ，距离sink的距离都比自己远的节点），这样如果采用贪婪（GF ）算法，数据就无法传送到控制节点了
➢ WSN具有极其广泛的应用，如感知战场状态（军事应用）、环境监 控（如气候、地理、污染变化的监控）、物理安全（如建筑和结 构的）监控、城市道路交通监控、安全场所的视频监控……
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ WSN应用例子—安全监控（如矿井结构、瓦斯）
• 2008年9月启动的国家16个重大专项中03专项设立7个方向，WSN为 第6个—“短距离无线互联与传感器网络研发”。。。。。。
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无线传感器网络与物联网67
一、无线传感器网络WSN概述
2. 无线传感器网络的特点和结构
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一、无线传感器网络WSN概述
2. 无线传感器网络的特点和结构
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 2003年INTEL公司在Berkeley大学的研究中心启动了关于WSN方面 的研究计划,内容
• 异构传感器网络，测量各种异构传感器网络的性能，研究嵌入式 处理在异构网络中的应用。
• mote计划，开发下一代的自组织WSN节点，设计出更强处理能力、 更大存储容量、更高带宽和可靠射频能力的节点。
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 结论：美国和欧洲对WSN非常重视，投入巨大人力和物力广泛开展 理论和应用平台的研究开发
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 国内对WSN的研究
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 2004年在美国国家自然科学基金、国家健康协会的资助下，哈佛 大学启动了CodeBule平台研究计划。
• 目的：把无线传感器网络技术应用于医疗事业领域，包括医疗救 急、灾害事故的快速反应、病人康复护理等方面。
节省节点的能量以延长网络生存期。 • 研究热点：是通过激活选定的节点集合，以能量有效的方式进行
网络拓扑控制。GAF（从等效路由的角度选择工作节点）、SPAN（ 从维护WSN骨干传输网的角度选择工作节点）等算法
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二、 WSN的技术热点
1. 无线传感器网络的技术热点。
PSFQ(Pump Slowly,FetchQuickly) 。
➢ 节点的连接和覆盖技术。 • 定义两种连接：纯连接（任意两个节点都能通信，包括直接和多
跳，这是物理基础）、路由连接（节点间通过某种路由算法连接 ，主要考虑能够快速传递数据、能耗最小，即考虑优化）；建立 的连接模型主要涉及节点密度、通信距离、跳数、连接度。
• 覆盖问题指为了保证整个区域都在监测范围内，需要按照一定规 则或者密度在目标区域布置传感器，通常认为传感器的传感范围 是以节点为中心的园，基本要求是相邻传感器覆盖范围连通，同 时考虑到通信要求。
。。。
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ WSN相关的国际会议 • 欧洲WSNs顶级学术会议：European Conference on Wireless
Sensor Network, EWSN • Wireless Communications and Networking Conference • Wireless Communications, Networking and Mobile Computing • ISCIT • ICASSP • ISSCS。。。。。。
• WSN中的节点一般使用电池供电，布设以后很难更换，因此能量有效性成 了首要问题，直接关系到网络的使用寿命
• WSN节能的分类：
• 节点级(node-level)节能：网络内节点的软硬件节能设计及系统的节能 架构
• 节点间(inter-node level)节能：节点间协同工作及节点间能量的协调 控制
如MLER、SPEED等路由算法 • 基于MA的路由协议； • 其它各种基于节能的路由
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二、 WSN的技术热点
1. 无线传感器网络的技术热点。
➢ 媒质接入控制技术
• MAC协议的指标：能耗、带宽需求、冲突避免和维持网络连接。
➢ MAC协议的分类：
• 基于调度算法的（Scheduling-based）MAC协议，如SMACS、DEMAC等协议算法非碰撞的（Collision free）MAC协议，如IP-MAC 、TRAMA等协议算法
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一、无线传感器网络WSN概述
1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 国际学术界对WSN的关注－专刊 • ACM于2005年创刊的ACM Transaction on Sensor Network • IEEE Journal on Selected Areas in Communications
➢ WSN有两种组网结构：
WSN通信体系平面结构
1)平面拓扑结构，如上图。所有的网络节点处于相同的平等地位,不存 在任何的等级和层次差异,所以也被称为对等式结构
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一、无线传感器网络WSN概述
2. 无线传感器网络的特点和结构
➢ WSN有两种组网结构：
2)逻辑分层结构， 如右图。网络节点 按照某种规则（如 地理位置、应用需 求）分成各个簇， 每个簇由簇头和成 员节点构成。
• 802.15.1即蓝牙，是中速率，近距离的WPAN，用于手机、PDA等等 近距离通信；
• 802.15.2，研究802.15.1与WLAN（802.11）的共存问题；
• 802.15.3，研究高速WPAN；802.15.4，即Zigbee，研究低能耗、 低速率（20、40、250kbps）、低成本的WPAN，该标准被许多WSN 产品采纳
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二、 WSN的技术热点
1. 无线传感器网络的技术热点。
➢ 定位技术
• WSN定位技术的特点
• WSN中的节点一般都是随机放置在需要探测的区域，不预先知道自己的位 置
• 没有位置信息的监测信息通常是没有实际意义的，所以定位技术是WSN中 一项关键技术
• WSN定位技术的方案
• 基于竞争（Contention-based）的MAC协议，如SMAC、T-MAC等协 议算法
•
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混合（Hybrid scheme）的MAC协议，如混合TDMAFDMA等协议算法
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二、 WSN的技术热点
1. 无线传感器网络的技术热点。
➢ 媒质接入控制标准
• 1998年3月，IEEE标准化协会正式成立802.15工作组，制定WPAN（ 数米到10米范围）的MAC和PHY标准。下设4个任务组，
• TASK计划，研发Tiny Application Sensor Kit（TASK），为一般 用户快速开发和部署自己的WSN应用，提供简单实用的开发套件。
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1. 无线传感器网络的发展现状。
➢ 欧洲2002年启动的EYES研究计划（自组织和协作有效能量的传感 器网络）